Fundamentos FCAW-S: Rápido, No necesita Cilindros de Gas

Fundamentos FCAW-S: Rápido, No necesita Cilindros de Gas
El proceso de alambre tubular autoprotegido normalmente no es el primero que aprende el soldador, pero es uno de los más efectivos

Por: Tom Myers y Frank Dragolich, Jr.

La soldadura con alambre tubular auto protegido (FCAW-S) es multitarea en la industria. Produce su propio blindaje para proteger el arco de los contaminantes en el acero, metal depositado que cumple con los requerimientos estructurales y forma una escoria de rápido enfriamiento.

FCAW-S es más como (SMAW), o electrodo revestido, y menos que otros procesos con gas de protección. Los soldadores experimentados en SMAW suelen entender rápidamente el proceso FCAW-S, mientras que los que utilizan el proceso (GMAW) pueden tardar un poco más.

Como el proceso SMAW, FCAW-S no utiliza gas de protección externo, esto es adecuado para trabajos en el exterior (ver Figura 1 y 2). Sin embargo, a diferencia de SMAW, el proceso del alambre tubular auto protegido ofrece niveles de productividad más elevados. Los índices de deposición son equivalentes, en algunos casos, superiores a los obtenidos con la soldadura con gas de protección. Con electrodos como E6010 y E6013, un soldador puede depositar dos o tres libras de metal en una hora. Con electrodos tales como E7018, podría depositar de cuatro a cinco libras en una hora. Sin embargo, con FCAW-S, un soldador puede depositar hasta 8 libras en una hora fuera de posición, y más de 12 libras en una hora en vertical descendente (que son posiciones en plano y horizontal), dependiendo del alambre utilizado. De hecho, los soldadores trabajan con varios alambres, utilizando el procedimiento de escaneo de ordenador eléctrico, que puede depositar más de 20 libras de metal en una hora.

FCAW-S Basics: Fast, no gas cylinders required

Figura 1: Soldadura con Alambre tubular auto protegido, se utiliza a menudo en los trabajos fuera de posición.

FCAW-S Basics: No Gas Cylinders Required

Figura 2: No requiere cilindros de gas, FCAW-S se utiliza a menudo para trabajos en obra, externos, como una alternativa rápida a SMAW.

Proceso Básico
GMAW (MIG) y la mayoría de los alambres tubulares (FCAW-G) sueldan mejor en corriente continua positiva (DCEP). En un alambre en particular la polaridad es recomendada oes más estable para FCAW-S, dependiendo de los elementos específicos del núcleo (estabilizadores de arco). La mayoría de los alambres FCAW-S funcionan mejor con corriente continua de polaridad negativa (DCEN), pero algunos son más estables con DCEP.

En GMAW, una suave ranura en V en los rodillos de los devanadores permite que el alambre se deslice a través de la pistola. Desafortunadamente, si la ranura en V está poco ajustada, los hilos tubulares se pueden deformar. Para conseguir el mismo empuje sin apretar demasiado, los hilos FCAW-S requiere la ranura de los rodillos con estrías para que sujete el alambre sin deformarlo.

Tenga en cuenta, que si usted cambia a GMAW después de FCAW, asegúrese de cambiar en sus devanadores a los rodillos de ranura V lisos. Los rodillos impulsores estriados pueden clavarse en el recubrimiento de cobre del hilo macizo GMAW y provocar escamas. Este problema ya no es tan frecuente como antes, pero nos sigue preocupando.


Dial en el Voltaje
Todos los alambres auto protegidos son sensibles a los cambios de voltaje, por tanto requieren una fuente de alimentación de voltaje constante (CV) para una buena estabilidad del arco. Dependiendo de la aplicación, los procesos con los alambres tubulares pueden dar una selección de voltaje más amplio, produciendo resultados satisfactorios. Sin embargo, con FCAW-S, debe marcar el voltaje correcto para el trabajo de forma manual.

En el proceso con el alambre auto protegido, cuando se enciende el arco, no hay nada entre el metal fundido y la atmósfera excepto la escoria y los gases de protección que se producen internamente. Voltajes más elevados incrementan la longitud del arco, que a su vez amplia el cono o el ancho del arco. Este arco más amplio tiene más exposición a la atmósfera. Es importante la longitud de arco adecuada, y las fuentes de corriente CV ayudan a mantener la longitud de arco constante.

Tenga en cuenta que el metal fundido, cuando se expone al aire (el cual contiene 79 por ciento de nitrógeno, 20 por ciento de oxígeno y 1 por ciento de otros elementos) absorberá el nitrógeno y el oxígeno. Si se les permite hacerlo, alguno de estos gases se escapará como se congela el metal, pero dejará excesivos agujeros (porosidad). Los gases atrapados restantes crean metal de soldadura muy frágil con malas propiedades mecánicas. El metal fundido debe estar protegido o protegido de la atmósfera hasta que se solidifique. Estos hechos básicos no cambian independientemente del proceso de soldadura que se use.

Ahora imagine una gota de metal fundida del alambre FCAW-S. Casi inmediatamente, se forma alrededor una fina capa de escoria. En el núcleo del alambre son elementos que combinan químicamente con el nitrógeno y oxígeno (es decir, desnitrificantes y desoxidantes) y tira de ellos en la escoria, no permitiendo que sean absorbidos en el metal de soldadura. Se producen otros gases, tales como el dióxido de carbono, productos de las reacciones químicas en el arco, desplazados por el aire. Ambos sistemas protegen la gota del metal fundido en el baño de soldadura.

Cuanto más larga sea la longitud del arco, más distancia tienen que recorrer las gotas de soldadura y mayor será su exposición al nitrógeno, oxígeno y otras impurezas atmosféricas. Si es demasiado para los sistemas de protección del alambre, el exceso se absorberá en el metal de soldadura. Esas impurezas afectan al resultado de las propiedades mecánicas de la soldadura, incluida la resistencia al impacto. Una prueba de Charpy-V debería dejarlo claro. Cuando la cantidad de impurezas llega a un punto, se termina la porosidad. Mientras tanto, una tensión demasiado baja crea un arco demasiado corto. Esto provoca que la punta del alambre en la chapa, produzca un mal perfil de cordón.

Los alambres tubulares naturalmente forman una pequeña bola de escoria sobre el extremo del alambre después de cada soldadura. La escoria actúa como un aislante y evita un buen contacto eléctrico en el arranque. Para asegurar un buen arranque, el extremo del alambre debe romperse limpiamente (puede funcionar para algunas varillas) o un corte suave.

Asegúrese de que la extensión del alambre, o la salida, es correcta. El alambre deberá extenderse 0.75 a 1 pulgada desde la punta de contacto para los procedimientos de soldadura estándar, y a veces hasta 3.75 pulgadas para una muy alta deposición en soldadura descendente. La longitud del arco es crítica, es la extensión del alambre. Debe mantenerse una longitud constante de ±0.125 in. para una buena estabilidad del arco. Una extensión demasiado larga producirá un arco corto e inestable, con excesivas proyecciones mientras que una extensión demasiado corta causará una longitud de arco excesiva y abrirá la puerta de las impurezas de la atmósfera.

Además, nunca empuje el alambre. El GMAW no provoca cortocircuito. El proceso de autoprotección utiliza escoria, puede ir por la regla antigua: Empuje de gas, arrastre de escoria. La colocación de la pistola en un ángulo con un ligero arrastre mantiene la escoria detrás del arco. Inclinando la pistola hacia delante tiende a empujar o forzar la escoria fundida a la parte frontal del baño de soldadura, incrementando las posibilidades de que quede por delante del metal y quede atrapada debajo.

Fuera de Posición Específica
El alambre específico utilizado hace una gran diferencia en las tasas de deposición y en las características generales del proceso. Los alambres con la clasificación AWS E71T-8Son adecuados para todas posiciones porque utilizan corriente continua, polaridad negativa (DCEN)todos producen resultados metalúrgicos similares, pero agrupados bajo la clasificación AWS son diferentes alambres con sus propias idiosincrasias.

Las diferencias más importantes vienen de los sistemas de escoria de los alambres. Estos consisten en materiales que reaccionan químicamente con otros elementos, se congelan antes que el metal fundido, y van a la parte superior para proteger el cordón fundido de la atmósfera (ver Figura 3). Algunos alambres tienen un sistema de escoria, de fluoruro más básico, similar a los encontrados en los electrodos SMAW como el E7018. Otros tienen un sistema más ácido que químicamente reacciona y se congela más rápido, ayudando a lograr a los soldadores ocho libras por hora en tasas de deposición fuera de posición. (Para más información sobre los sistemas de escoria, ver Resumen Técnico: Penetración Química en Escoria a continuación.)

Resumen Técnico: Penetración Química en Escoria
Los sistemas de escoria en alambre auto protegido son únicos. Utilizan predominantemente un desoxidante de aluminio-magnesio y sistema de nitruración. Estos elementos entran en el baño de soldadura y forman óxido de aluminio y óxido de magnesio, dos componentes con altas temperaturas de fusión. La combinación de estos elementos con baja temperatura de fusión en el fundente, dan un sistema de escoria eficaz. Los elementos de escoriaóxido de aluminio y óxido de magnesiose funden primero y flotan en la parte superior del baño de soldadura, protegiendo el proceso de la contaminación atmosférica.

FCAW-S tiene una tolerancia muy alta para el nitrógeno, y los sistemas de escoria hacen que esto sea posible. Las moléculas de aluminio y magnesio atraen los átomos de oxígeno y nitrógeno, que se conectan para formar los óxidos de magnesio y aluminio. Esto componentes ligeros con alto punto de fusión (es decir, congelación rápida) flotan en la superficie de la soldadura rápidamente. En efecto, el sistema de escoria transforma oxígeno y nitrógenocontaminantes potencialesen componentes químicos que protegen la soldadura.

Muchos alambres FCAW-S utilizan uno de los dos tipos de sistemas de escoria: básico y ácido. En los sistemas básicos, el fluoruro de calcio trabaja junto con los componentes de aluminio y magnesio, creando un sistema que se parece bastante a la escoria producida al soldar con los electrodos SMAW, tales como el E7018. En los sistemas ácidos por otro lado, se utiliza óxido de hierro en lugar de fluoruro de calcio.
Los sistemas básicos tienen buena acción de limpieza y tienden a ser adecuados para el trabajo estructural crítico, el cumplimiento de la tenacidad a baja temperatura y otras estrictas propiedades mecánicas. Los sistemas ácidos promueven suavidad, y soldadura rápida.

La razón de esto tiene mucho que ver cómo los elementos ácidos y básicos reaccionan con otros elementos metálicos de soldadura. Todo se reduce a la facilidad con que se producen las reacciones químicas. Durante la soldadura, las moléculas se ionizan, es decir átomos que se van de determinadas moléculas para unirse a otros, y sistemas de escoria específicos que requieren diferentes niveles de calor para conseguir esto. En los sistemas de fluoruro, entra una gran cantidad de calor y rompe estas moléculas para formar enlaces de fluoruro. Mientras tanto, el ácido no necesita demasiado calor para romper las moléculas de óxido de hierro. La rápida reacción conduce a la rápida congelación de la escoria, y en última instancia, a una alta tasa de deposición.

FCAW-S Basics: No Gas Cylinders Required

Figura 3: Un alambre auto protegido FCAW tiene un recubrimiento exterior que cubre el núcleo de agentes fundentes que protegen la soldadura. Es un poco como un electrodo recubierto pero al revés.

Consulte con el fabricante sobre varias técnicas dependiendo del tipo de alambre; para obtener consejos específicos. La técnica también depende del metal base y la aplicación, pero puede contar con varias características generales cuando está utilizando alambres específicos.
Por ejemplo, considere dos versiones de E71T-8 llamadas Innershield® NR-203MP o NR-203 Nickel (1 por ciento), que utilizan un sistema de escoria básico (no ácido). La soldadura con alambre NR-203 se asemeja al E7018, aunque estos alambres ofrecen alta tasa de deposición y por supuesto eliminan la necesidad de cambiar las varillas. Estos alambres se pueden utilizar en todas posiciones, manejar una unión de raíz abierta y producir soldaduras con muy buenas propiedades de impacto a baja temperatura. Además, se puede soldar en vertical descendente.

Cuando se suelda una ranura o en ángulo fuera de posición con NR-203, se puede utilizar la técnica de onda. Dirija el alambre a un extremo del cordón de soldadura realizando una corta pausapara obtener una buena penetración y permitir que la escoria ascienda desde el metal depositado después desplácese rápidamente por la soldadura en el extremo opuesto, realizando de nuevo una corta pausa. Insistir demasiado en el centro se arriesga a depositar demasiado metal de soldadura y producir un cordón excesivamente convexo que afecta no sólo a las propiedades mecánicas de la unión, pero también deja el cordón susceptible a defectos.

Asegúrese siempre de mantener un buen enfoque en el baño de soldadura. La oscilaciónhace una pausa en el extremo del cordón, se mueve a través de éste en el extremo opuestopermitiendo que el material depositado penetre en ambos extremos. La pausa en un extremo del cordón permite que la escoria en el lado opuesto se solidifique. En relación con los alambres auto protegidos, el NR-203 utiliza una escoria delgada que puede contener mucho metal de soldadura, el cual le puede hacer depositar de 5 a 6 libras de metal de soldadura por horamás rápido que el electrodo, pero más lento que otros alambres auto protegidos.

Esto incluye NR-232 y NR-233. Estos alambres tienen un sistema de escoria ácida que reacciona muy rápidamente en el metal fundido y produce una escoria más pesada, permitiendo una tasa de deposición de hasta 7 u 8 libras de metal de soldadura por hora en fuera de posición o contra la gravedad.

A diferencia de cuando se suelda con NR-203, cuando ve realmente el baño de soldadura, con el NR-232 y NR-233 usted se centra en la línea de escoria formada detrás del arco. En lugar de una onda tradicional, utilice un cordón con un ligero movimiento. Si la línea de escoria no está nivelada, puede hacer alguna acción correctiva rápida. Por ejemplo, si la línea de escoria es más baja en la parte izquierda, mover la pistola levemente hacia la izquierda para igualar la línea de escoria, continuar con la técnica wiggle-stringer hasta la unión. Cuando suelda en vertical descendente, piense que está construyendo un estante de metal, apilando los cordones uno encima del otro.

La rapidez en apilar determina la velocidad de desplazamiento. Si la velocidad es demasiado rápida y coloca el arco ligeramente separado del baño de la soldadura, el alambre tiende a perforar la chapa e incluso quemarla.

La regulación de la temperatura es fundamental, y para ello puede alterar la tensión, una técnica común no sólo para FCAW-S, sino también para toda la soldadura de alambre que utiliza fuente de corriente CV. Si por ejemplo, está soldando en vertical descendente, en una plataforma de metal fundido NR-232, puede percibir que el baño está demasiado caliente y su arco está perforando la chapa. En este caso se puede añadir un poco de electrodo fuera, que hace caer el amperaje y enfría el baño de soldadura ligeramente. Viceversa, si el proceso es demasiado frio y no penetra lo suficiente, puede acortar el electrodo fuera ligeramente, el cual incrementa amperaje y permite profundizar un poco.


Flexible, Móvil y Eficaz
Una nación se esfuerza por mejorar su infraestructura, FCAW-S se ha convertido en el proceso elegido por la mayoría. Es móvil y puede soportar ambientes extremos, combinando la eficiencia del alambre de soldadura con la portabilidad y flexibilidad SMAW. Por lo general, no es el primer proceso que aprende un soldador, pero si perfeccionándolo, el FCAW-S es uno de los más efectivos.

Tom Myers es Senior en Ingeniería de Aplicaciones y Frank Dragolich, Jr., es Técnico de Aplicaciones en The Lincoln Electric Co., 22801 St. Clair Ave., Cleveland, OH 44117, 216-481-8100.

Información proporcionada por Lincoln Electric Co.